PHA — это семейство микробных полиэфиров, которые привлекли большое внимание как биоразлагаемые и биосовместимые пластмассы и эластомеры, которые могут заменить их аналоги в нефтехимии. Имеются многочисленные статьи и патенты по клонированию генов и метаболической инженерии биосинтетических устройств PHA, биохимическим исследованиям и производству PHA; простой поиск в Google с помощью «полигидроксиалканоатов» дал 223 000 страниц документа.
ПГА всегда считались прекрасным примером синтеза биологического полимера. Поразительно, что PHA от 500 кДа до иногда до 10000 кДа могут быть синтезированы in vivo с помощью PHA-синтазы, ключевого полимеризующего фермента в биосинтезе PHA.
Они вызвали большой интерес к определению кристаллической структуры ПГА-синтазы за последние 30 лет, но, к сожалению, безуспешно. Таким образом, характеристики и молекулярные механизмы ФГА-синтазы были скрыты за темной пеленой.В двух статьях, опубликованных 30 ноября 2016 г. в онлайн-журнале Biotechnology Journal, корейская исследовательская группа во главе с профессором Кён-Джин Ким из Национального университета Кёнпук и заслуженным профессором Сан Юп Ли из Корейского передового института науки и технологий ( KAIST) описал кристаллическую структуру PHA-синтазы из Ralstonia eutropha, наиболее изученной бактерии для производства PHA, и сообщил о структурной основе для подробных молекулярных механизмов биосинтеза PHA.
Кристаллическая структура была депонирована в Protein Data Bank в феврале 2016 года. После расшифровки кристаллической структуры каталитического домена PHA-синтазы, в дополнение к другим структурным исследованиям целого фермента и родственных белков, исследовательская группа также провела эксперименты для выяснения механизмов ферментативной реакции, проверка детальных структур, ферментная инженерия, а также исследования N-концевого домена среди прочего.Посредством нескольких биохимических исследований, основанных на кристаллической структуре, авторы показывают, что PHA-синтаза существует в виде димера и делится на два отдельных домена, N-концевой домен (RePhaC1ND) и C-концевой домен (RePhaC1CD). RePhaC1CD катализирует реакцию полимеризации по непроцессорному механизму пинг-понга с использованием каталитической триады Cys-His-Asp.
Два каталитических центра димера RePhaC1CD расположены на расстоянии 33,4 А друг от друга, что позволяет предположить, что реакция полимеризации протекает независимо в каждом сайте. В этом исследовании также представлены основанные на структуре механизмы субстратной специфичности различных PHA-синтаз из разных классов.Профессор Сан Юп Ли, проработавший над этой темой более 20 лет, сказал: «Результаты и информация, представленные в этих двух статьях, давно ожидаются не только в сообществе PHA, но и в метаболической инженерии, бактериологии / микробиологии и в других областях медицины.
Сообщества общебиологических наук. Структурная информация о PHA-синтазе вместе с недавно расшифрованными механизмами реакции будет полезна для понимания подробных механизмов биосинтеза этого важного материала для хранения энергии / окислительно-восстановительного потенциала, а также для рациональной разработки PHA-синтаз для производства дизайнерских биопластов из различные мономеры более эффективно ».
Действительно, эти две статьи, опубликованные в Biotechnology Journal, наконец, раскрывают 30-летнюю тайну оборудования для биологического синтеза полиэфира и будут служить важным компасом при создании более эффективных устройств для создания биопластов.